一種內(nèi)置光源生物反應器及生產(chǎn)養(yǎng)殖設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種內(nèi)置光源生物反應器。該內(nèi)置光源生物反應器包括：反應容器，反應容器上設有蓋板且反應容器容納供微藻生長的培養(yǎng)液；進出料裝置，進出料裝置與反應容器密封連接，進出料裝置上設有閥門和開關，微藻通過進出料裝置泵入或泵出反應容器；發(fā)光裝置，用于產(chǎn)生微藻生長所需的光源；營養(yǎng)布料裝置，營養(yǎng)布料裝置用于向反應容器內(nèi)提供微藻生長所需的營養(yǎng)；和氣體分布器，氣體分布器用于向反應容器內(nèi)提供微藻生長所需的氣體。本實用新型的內(nèi)置光源生物反應器不受天氣變化的影響且可使微藻繁殖分階段進行，可控性較強，有利于實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)的工廠化生產(chǎn)，生物反應器的串聯(lián)和/或并聯(lián)系統(tǒng)使得微藻的大規(guī)模養(yǎng)殖變得更加高效。
【專利說明】一種內(nèi)置光源生物反應器及生產(chǎn)養(yǎng)殖設備

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及生物【技術領域】，具體涉及內(nèi)置光源生物反應器。

【背景技術】
[0002] 微藻生物柴油是液體生物燃料的未來發(fā)展方向，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、與普通陸 生農(nóng)作物相比，單位面積的產(chǎn)率可高出數(shù)十倍，從而可實現(xiàn)工廠化養(yǎng)殖。微藻制油的原理是 利用微藻光合作用，將化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳轉(zhuǎn)化為微藻自身的生物質(zhì)從而固定 了碳元素，再通過誘導反應使微藻自身的碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為油脂，然后利用物理或化學方法把 微藻細胞內(nèi)的油脂轉(zhuǎn)化到細胞外，再進行提煉加工，從而生產(chǎn)出生物柴油，即可通過藻類的 光合作用，將廢水廢氣中的營養(yǎng)物質(zhì)和二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物燃料、蛋白質(zhì)。在石油價格大幅 上升，糧食短缺問題日漸突出的今天，該產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。
[0003] 用于生產(chǎn)生物柴油的微藻的養(yǎng)殖主要分為兩個階段，即繁殖階段和產(chǎn)油階 段。在微藻養(yǎng)殖的繁殖階段，微藻主要吸收紅黃光及藍紫光（波長范圍在620-700nm和 410-470nm)，同時吸收碳、氮、磷等元素，進行繁殖而不產(chǎn)油；在微藻養(yǎng)殖的產(chǎn)油階段，不再 通入氮源保持少量磷的通入并持續(xù)通入C02，保持光照，微藻因富碳和氮饑餓從而產(chǎn)油效率 明顯增加，并繁殖速度顯著降低。
[0004] 為進一步提高微藻生物柴油的單位產(chǎn)量、實現(xiàn)立體化養(yǎng)殖，必須使用專用的微藻 養(yǎng)殖光反應器?，F(xiàn)有技術中的微藻養(yǎng)殖光反應器雖然相比較跑道池、多級池等露天直接養(yǎng) 殖，養(yǎng)殖密度、單位面積產(chǎn)量都有明顯提高，但是由于微藻生長與產(chǎn)油的光源仍為自然光， 微藻對太陽光的利用并不充分，具有不確定與不可控性，與工廠化生產(chǎn)穩(wěn)定、持續(xù)的要求完 全背道而馳，加之營養(yǎng)補充、二氧化碳充氣等輔助養(yǎng)殖功能也未實現(xiàn)自動化，使其與實際產(chǎn) 業(yè)化應用尚有較大距離。
[0005] 因此，目前本領域迫切需要一種技術能夠克服上述現(xiàn)有技術中的微藻養(yǎng)殖光反應 器的可控性差、自動化程度低、效率低的弊端。 實用新型內(nèi)容
[0006] 本實用新型的目的是提供一種可根據(jù)不同種類藻類不同階段的養(yǎng)殖需求配比最 佳的光源、二氧化碳、營養(yǎng)、溫度、流速等要素的內(nèi)置光源生物反應器，從而實現(xiàn)超高密度海 藻養(yǎng)殖的穩(wěn)定、可控，滿足產(chǎn)業(yè)化需求。
[0007] 根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種內(nèi)置光源生物反應器，該內(nèi)置光源生物 反應器包括：
[0008] 反應容器，反應容器上設有蓋板且反應容器容納供微藻生長的培養(yǎng)液；
[0009] 進出料裝置，進出料裝置與反應容器密封連接，進出料裝置上設有閥門和開關；
[0010] 發(fā)光裝置，發(fā)光裝置設在反應容器內(nèi)部且當反應器工作時，該發(fā)光裝置至少部分 或全部浸沒于的培養(yǎng)液，從而在反應容器內(nèi)提供微藻生長所需的光，其中發(fā)光裝置所發(fā)出 的光的光強在反應容器的深度方向（Z軸方向）是均勻的或大致均勻的；和
[0011] 氣體分布器，氣體分布器用于向反應容器內(nèi)提供微藻生長所需的氣體。
[0012] 在另一優(yōu)選例中，發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光強在反應容器的水平方向（包括X軸 和Y軸方向）基本均勻。
[0013] 在另一優(yōu)選例中，所述"均勻的或大致均勻的"指任一深度處的光強D1與在整個 深度范圍的平均光強Dm滿足下式：
[0014] 1. 5 彡 Dl/Dm 彡 0? 7。
[0015] 較佳地，1. 2 彡 Dl/Dm 彡 0? 8 ;更佳地 1. 1 彡 Dl/Dm 彡 0? 9。
[0016] 在另一優(yōu)選例中，反應容器的周圍設有溫控裝置，該溫控裝置用于維持反應容器 內(nèi)的液體環(huán)境溫度處于適合微藻生長的范圍內(nèi)。
[0017] 在另一優(yōu)選例中，反應器還設有營養(yǎng)布料裝置，該營養(yǎng)布料裝置用于向反應容器 內(nèi)提供微藻生長所需的營養(yǎng)。
[0018] 在另一優(yōu)選例中，該溫控裝置為控溫水管。
[0019] 在另一優(yōu)選例中，適合微藻生長的范圍指15-45°C，較佳地20-40°C。
[0020] 在另一優(yōu)選例中，內(nèi)置光源生物反應器還設有監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測液體環(huán)境的參 數(shù)，參數(shù)選自：PH值、溫度和/或養(yǎng)料濃度。
[0021] 在另一優(yōu)選例中，發(fā)光裝置包括導光板和發(fā)光單元，發(fā)光單元產(chǎn)生的光透過導光 板傳導使導光板整體發(fā)光。
[0022] 在另一優(yōu)選例中，發(fā)光裝置還包括支架，支架用于固定支撐導光板，支架與反應 容器和/或蓋板可拆卸地連接，發(fā)光單元嵌于導光板。
[0023] 在另一優(yōu)選例中，在蓋板上設有出氣孔。
[0024] 在另一優(yōu)選例中，該發(fā)光單元為LED發(fā)光單元。
[0025] 在另一優(yōu)選例中，該內(nèi)置光源生物反應器中設有多塊導光板，較佳地3-100塊，更 佳地4-80塊，最佳地5-50塊。
[0026] 在另一優(yōu)選例中，導光板由具有防弱酸性能的透明有機材料制成。
[0027] 在另一優(yōu)選例中，發(fā)光裝置工作時發(fā)射至少2個不同波長的光。
[0028] 在另一優(yōu)選例中，前述不同波長的光包括：波長為600-800(較佳地650_750)nm的 光、波長為400-480 (較佳地430-470) nm的光。
[0029] 在另一優(yōu)選例中，發(fā)光單元發(fā)出的光的色溫為1000-20000K，較佳地1500-6000K。
[0030] 在另一優(yōu)選例中，發(fā)光裝置中，發(fā)光單元為LED，且LED的數(shù)量為1-10000/導光板； 較佳地為10-1000/導光板。
[0031] 在另一優(yōu)選例中，氣體分布器為旋轉(zhuǎn)式氣體分布器，在向反應容器中通入氣體的 過程中，旋轉(zhuǎn)式氣體分布器旋轉(zhuǎn)，從而促使氣體與營養(yǎng)物質(zhì)分散于液態(tài)培養(yǎng)體系中。
[0032] 根據(jù)本實用新型的第二方面，提供了一種生產(chǎn)養(yǎng)殖設備，該生產(chǎn)養(yǎng)殖設備包括本 實用新型第一方面的內(nèi)置光源生物反應器。
[0033] 在另一優(yōu)選例中，至少二個內(nèi)置光源生物反應器為串聯(lián)和/或并聯(lián)。
[0034] 在另一優(yōu)選例中，相互連接的反應器通過進出料裝置相連。
[0035] 在另一優(yōu)選例中，該生產(chǎn)養(yǎng)殖設備被用作綠藻門、藍藻門、金藻門和紅藻門微藻的 生產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)。
[0036] 根據(jù)本實用新型的第三方面，提供了一種培養(yǎng)方法，該方法包括步驟：
[0037] (a)提供前述的內(nèi)置光源生物反應器；
[0038] (b)在內(nèi)置光源生物反應器中培養(yǎng)微藻。
[0039] 根據(jù)本實用新型的第四方面，提供了一種制備用于生產(chǎn)生物質(zhì)柴油的微藻的方 法，該方法包括步驟：
[0040] (a)提供前述的內(nèi)置光源生物反應器；
[0041] (b)在內(nèi)置光源生物反應器中培養(yǎng)用于生產(chǎn)生物質(zhì)柴油的微藻，
[0042] 其中，培養(yǎng)包括第一培養(yǎng)階段和第二培養(yǎng)階段，在微藻生長的第一階段，發(fā)光單元 發(fā)出的光的波長為350-900nm，較佳地570-800及400-500nm ;在微藻生長的第二階段，發(fā)光 單元發(fā)出的光的波長為350-900nm，較佳地600-800及400-480nm ;
[0043] (c)從內(nèi)置光源生物反應器回收培養(yǎng)的微藻。
[0044] 在另一優(yōu)選例中，在微藻生長的第一階段，發(fā)光單元發(fā)出的波長為570-800nm ;在 微藻生長的第二階段，發(fā)光單元發(fā)出的波長為400-480nm。
[0045] 在另一優(yōu)選例中，在微藻生長的第一階段，向內(nèi)置光源生物反應器中提供氮源；在 微藻生長的第二階段，停止向內(nèi)置光源生物反應器中提供氮源。
[0046] 在另一優(yōu)選例中，的方法還包括：對回收的微藻進行加工（例如干燥、破壁、提取、 酯交換等）從而制得生物質(zhì)柴油。
[0047] 根據(jù)本實用新型的第五方面，提供了一種可用于生產(chǎn)生物質(zhì)柴油的微藻，該微藻 是用第四方面所述的方法制備的。
[0048] 在另一優(yōu)選例中，該微藻具有以下特性：
[0049] (i)微藻的大小為5-500微米；
[0050] (ii)含油率（干重）10%-70%。
[0051] 根據(jù)本實用新型的第六方面，提供了一種制備生物質(zhì)柴油的方法，其特征在于，包 括步驟：利用本實用新型第五方面所述的微藻作為原料，進行加工，從而制得生物質(zhì)柴油。
[0052] 在另一優(yōu)選例中，微藻的加工包括：干燥、提取、提取、酯交換等工藝步驟。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0053] 圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的內(nèi)置光源生物反應器的立體剖視圖；
[0054] 圖2是根據(jù)本實用新型一個實施例的內(nèi)置光源生物反應器的立體剖視示意圖；
[0055] 圖3是根據(jù)本實用新型一個實施例的內(nèi)置光源生物反應器的主視剖視示意圖；
[0056] 圖4是根據(jù)本實用新型一個實施例的內(nèi)置光源生物反應器的俯視剖視示意圖；
[0057] 圖5是根據(jù)本實用新型一個實施例的內(nèi)置光源生物反應器的發(fā)光裝置的立體示 意圖；
[0058] 圖6a是根據(jù)本實用新型一個實施例的內(nèi)置光源生物反應器的發(fā)光裝置的主視 圖；
[0059] 圖6b是根據(jù)本實用新型一個實施例的內(nèi)置光源生物反應器的發(fā)光裝置的側(cè)視 圖；
[0060] 圖6c是根據(jù)本實用新型一個實施例的內(nèi)置光源生物反應器的發(fā)光裝置的俯視 圖；以及
[0061] 圖6d是根據(jù)圖6b中B部分的放大圖。

【具體實施方式】
[0062] 發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，首次開發(fā)了一種內(nèi)置光源生物反應器，通過特殊 設計的發(fā)光裝置等結(jié)構(gòu)，本實用新型的反應器不僅縮短培養(yǎng)時間，而且能夠顯著提高微藻 的生物量密度和總有效含脂量，從而可制備品質(zhì)更好的生物柴油。在此基礎上完成了本實 用新型。
[0063] 以下將結(jié)合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細說明，以便更清楚理解本實 用新型的目的、特點和優(yōu)點。應理解的是，附圖所示的實施例并不是對本實用新型范圍的限 制，而只是為了說明本實用新型技術方案的實質(zhì)精神。
[0064] 生物反應器
[0065] 如圖1和圖2所示，所述內(nèi)置光源生物反應器包括反應容器1、發(fā)光裝置2、進出 料裝置3、蓋板5、氣體分布器6、營養(yǎng)布料裝置、溫控裝置7、以及監(jiān)測和控制系統(tǒng)等。反應 容器1上設有蓋板5,反應容器1與進出料裝置3密封連接，且進出料裝置上設有閥門和開 關，用于控制進出料的進行或停止，反應容器1內(nèi)設有發(fā)光裝置2用于產(chǎn)生微藻生長各階段 所需的穩(wěn)定光源，反應容器1的底部設有氣體分布器6用于通入微藻生長各階段所需的氣 體，營養(yǎng)布料裝置用于向反應容器中提供養(yǎng)料，反應容器的周圍設有溫控裝置7(圖示為控 溫水管）用于保持反應容器內(nèi)溶液的溫度在適合微藻繁殖與產(chǎn)油的溫度范圍內(nèi)。
[0066] 該生物反應器的下部（如約30%?90%，或50%?70%的高度）可埋于地下。
[0067] 該生物反應器可設置在發(fā)電廠周圍，利用發(fā)電產(chǎn)生的廢水廢氣作為微藻養(yǎng)殖的物 質(zhì)和能量來源，具有環(huán)保減排的作用。該反應容器1可以為不透光的密閉容器，在陰雨天與 夜間也可以通過自身的發(fā)光裝置進行發(fā)光，供微藻生長所用。在內(nèi)置光源生物反應器中設 有監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測反應器中溶液PH值和溫度等。
[0068] 此外，本實用新型的內(nèi)置光源生物反應器也可用于絲藻、甲藻或其他水生生物的 高密度產(chǎn)業(yè)化養(yǎng)殖。
[0069] 圖3是該內(nèi)置光源生物反應器的主視剖視示意圖；如圖3所示，在反應容器的壁上 設有溫控裝置7,溫控裝置7可以為任何合適的形式，例如控溫隔套。較佳地，溫控裝置7為 控溫水管，發(fā)電廠排出的具有一定溫度的廢水可用于在控溫水管中流通以保持生物反應器 內(nèi)的溫度在15°C?45°C之間。
[0070] 在生物反應器的蓋板5的頂部設有出氣孔，用于釋放微藻光合作用產(chǎn)生的氧氣。
[0071] 圖4是該內(nèi)置光源生物反應器的俯視剖視示意圖。如圖所示，在內(nèi)置光源生物反 應器的底部設有氣體分布器6,氣體分布器6可為旋轉(zhuǎn)式、槽式、管式或其他任何合適的形 式。在微藻養(yǎng)殖過程中，通過氣體分布器向反應容器中通入二氧化碳、空氣或其他氣體。較 佳地，本實例中采用旋轉(zhuǎn)式氣體分布器，在通入氣體的過程中，氣體分布器6旋轉(zhuǎn)帶動通入 的氣體與底部容器內(nèi)液體的擾動，從而有利于氣體與營養(yǎng)物質(zhì)在溶液中均勻分布。
[0072] 在反應容器的一個或多個位置（例如容器壁上、容器底部、容器頂部和蓋板內(nèi)側(cè) 等）安裝營養(yǎng)布料裝置。營養(yǎng)布料裝置在微藻生長的不同階段提供不同的養(yǎng)料。
[0073] 反應容器中其他營養(yǎng)物質(zhì)的通入速率與C02的通入速率可成一定的比例，通過C0 2在線監(jiān)測系統(tǒng)可以確定溶液中C02的溶解量，同時通過監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測溶液的PH值獲知溶液 的酸堿度?？刂葡到y(tǒng)能夠控制的C02和營養(yǎng)物質(zhì)的通入速率，保證溶液中營養(yǎng)物質(zhì)的溶解 量及PH值在適合微藻生長繁殖或產(chǎn)油的范圍內(nèi)。
[0074] 發(fā)光裝置
[0075] 圖5為發(fā)光裝置2的立體示意圖。發(fā)光裝置的設置使得生物反應器可在無陽光或 其他外部光源的情況下進行養(yǎng)殖生產(chǎn)等正常運作。如圖5所述，所述發(fā)光裝置由支架9、LED 發(fā)光單元組10和導光板11構(gòu)成，導光板11由支架9固定，支架9的頂端固定在蓋板5上， LED發(fā)光單元組10位于導光板11的頂部，導光板11或全部伸入液面之下。在本實用新型 的生物反應器中，設有多個發(fā)光裝置2,各個導光板均可以單獨地安裝或拆卸。
[0076] 導光板可用透明有機材料（例如亞克力）制成，且具有防弱酸性能。LED發(fā)光單元 組在導光板的頂部與導光板直接接觸，LED發(fā)光單元組發(fā)出的光可透過導光板傳導并使導 光板整體發(fā)光。
[0077] 發(fā)光裝置2的支架9的頂端與蓋板5可拆卸地連接，從而便于發(fā)光裝置的拆除、更 換或重新安裝；發(fā)光裝置2懸掛在反應容器中而不接觸容器的底部，因而不影響容器底部 氣體分布器的旋轉(zhuǎn)。應理解，發(fā)光裝置的支架也可以以其他任何合適的方式在任何合適的 位置與反應容器固定。
[0078] 圖6a_6c分別是內(nèi)置光源生物反應器的發(fā)光裝置的主視圖、側(cè)視圖和俯視圖；圖 6d是圖6b中B部分的放大圖。
[0079] LED發(fā)光單元組10包括一個個小的LED發(fā)光單元，發(fā)光單元所產(chǎn)生的光可以是復 合色或者單色光，單色LED發(fā)光波長范圍為350-900nm，復合光色溫范圍為1500-20000K。單 個導光板上的LED發(fā)光單元的數(shù)量可以是1-10000個。
[0080] 其中發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光強在反應容器的深度方向（Z軸方向）是均勻的或 大致均勻的；發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光強在反應容器的水平方向（包括X軸和Y軸方向） 基本均勻。"均勻的或大致均勻的"指任一深度處的光強D1與在整個深度范圍的平均光強 Dm滿足下式：
[0081] 1. 5 彡 Dl/Dm 彡 0? 7。
[0082] 較佳地，1. 2 彡 Dl/Dm 彡 0? 8 ;更佳地 1. 1 彡 Dl/Dm 彡 0? 9。
[0083] 發(fā)光裝置工作時能夠發(fā)射至少2個不同波長的光。該不同波長的光包括：波長為 570-800nm的光、波長為400-500nm的光。
[0084] 實際上，LED發(fā)光單兀組10可以位于導光板11的底部或者嵌于發(fā)光板的其他合 適的位置，只要保證其發(fā)出的光可在整塊導光板中傳導使得整塊導光板發(fā)光即可。
[0085] 較佳地，LED發(fā)光單元組的能量來源為太陽能光板吸收太陽能而產(chǎn)生的電能。如 此以來，本實用新型的生物反應器雖沒有直接利用太陽能，但通過太陽能光板將不穩(wěn)定的 太陽能收集起來用于發(fā)電，將其產(chǎn)生的電穩(wěn)定地供應給生物反應器的發(fā)光單元組使其持續(xù) 地發(fā)光，保證微藻養(yǎng)殖的穩(wěn)定、持續(xù)性。
[0086] 生產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)
[0087] 微藻的繁殖和產(chǎn)油階段可在同一個生物反應器中進行，但需要隨著生長的進行， 更換發(fā)光裝置，改變營養(yǎng)物質(zhì)通入的種類與速率，過程較為復雜。
[0088]為了實現(xiàn)高效的大規(guī)模養(yǎng)殖，可采用多個生物反應器串聯(lián)或并聯(lián)組成大規(guī)模的生 產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)。生物反應器之間的串聯(lián)或并聯(lián)通過進出料口連接，通過泵系統(tǒng)可以完成生物 反應器之間的進料和出料。
[0089] 考慮到微藻養(yǎng)殖過程中的數(shù)量變化，對光源和營養(yǎng)物質(zhì)的需求量也在不斷發(fā)生變 化，可采用多個生物反應器串聯(lián)的養(yǎng)殖系統(tǒng)，例如，采用三個生物反應器串聯(lián)的系統(tǒng)完成微 藻繁殖和產(chǎn)油的全部生長過程：
[0090] 將適量的藻種放入第一級生物反應器中，繁殖增加至一定數(shù)量，通過進出料口進 入第二級生物反應器進行進一步生長繁殖，而后再進入第三級生物反應器，不再繁殖，只主 要進行產(chǎn)油，而較少繁殖。
[0091] 在第一級和第二級生物反應器中設置有發(fā)光波長僅適合有利于微藻繁殖的發(fā)光 裝置，且營養(yǎng)布料裝置向反應容器中通入磷酸銨、磷酸二氫鉀或磷酸氫二鉀等氮氧化物作 為氮磷源，同時添加鐵、鋅等元素，氣體分布器向反應容器中通入氮氧化物和C02,第二級生 物反應器中發(fā)光強度和營養(yǎng)物質(zhì)供應速率較第一級生物反應器大，以適應繁殖增多的微藻 的生長需求；在第三級生物反應器中設置有發(fā)光波長僅適合有利于微藻產(chǎn)油的發(fā)光裝置， PH和溫度等同時調(diào)節(jié)至適合微藻產(chǎn)油的條件，且營養(yǎng)布料裝置不提供氮源，氣體分布器向 反應容器中通入C02。
[0092] 不同級的生物反應器可根據(jù)需求選擇不同的尺寸，例如第一級生物反應器的尺寸 較后兩級較小。
[0093] 第一級生物反應器中的微藻排出至第二級生物反應器后，可向第一級生物反應器 通入新的藻種，同時進行新一輪養(yǎng)殖。為了提高藻種的純度，可從第二級生物反應器排出的 微藻中過濾出部分作為第一級生物反應器的藻種。
[0094] 培養(yǎng)方法
[0095] 本實用新型提供了一種培養(yǎng)微藻的方法，該方法包括步驟：
[0096] 1.提供本實用新型的內(nèi)置光源生物反應器；
[0097] 2.將藻種投放于該內(nèi)置光源生物反應器中，向反應器中提供微藻生存所需的養(yǎng)料 (包括氮源、磷源、無機鹽（例如鐵、鋅）等）并提供二氧化碳或空氣，開啟發(fā)光裝置產(chǎn)生微 藻生長所需的光。
[0098] 特別地，本實用新型提供了一種用于培養(yǎng)生產(chǎn)生物質(zhì)柴油的微藻的方法，該方法 包括步驟：
[0099] 1.提供本實用新型的內(nèi)置光源生物反應器；
[0100] 2.將藻種投放于該內(nèi)置光源生物反應器中，向反應器中提供微藻生存所需的養(yǎng)料 (包括氮源、磷源、無機鹽（例如鐵、鋅）等）并提供二氧化碳或空氣，開啟發(fā)光裝置產(chǎn)生微 藻生長所需的光，其中
[0101] 在微藻生長的第一階段，發(fā)光單元發(fā)出的光的波長為350-900nm，較佳地570-800 及400-500nm ;在微藻生長的第二階段，發(fā)光單元發(fā)出的光的波長為350-900nm，較佳地 600-800 及 400-480nm。
[0102] 較佳地，在微藻生長的第一階段和第二階段采用不同波長的光作為光源，配合營 養(yǎng)物質(zhì)和氣體的供給，使得微藻在第一階段主要進行繁殖，在第二階段主要進行產(chǎn)油。例 如，在第一階段采用紅光作為光源并通入氮源，而第二階段采用藍光作為光源且停止通入 氮源。
[0103] 適用于本實用新型的微生物沒有特別限制，只要其可利用光源進行生長。代表性 的微生物包括（但并不限于）：綠藻門、藍藻門、金藻門和紅藻門微藻。一種優(yōu)選的微生物 是微綠球藻（Nannochloropsis limnetica)淡水種。
[0104] 制備方法
[0105] 本實用新型提供了一種制備生物質(zhì)柴油的方法，該方法采用通過前述方法制備的 用于生產(chǎn)生物質(zhì)柴油的微藻作為原料，進行加工，從而制得生物質(zhì)柴油，一種典型的加工過 程包括步驟：
[0106] 利用過濾、壓濾或者氣泡懸浮的方法收集微藻，然后通過纖維素酶解及均質(zhì)的方 法破壁后分離藻油與藻體，經(jīng)萃取、浸出或壓濾后取得純凈的藻油，采用酯交換法、溶劑稀 釋法或熱分解法后獲得可直接用于柴油發(fā)動機的生物柴油。
[0107] 本實用新型的優(yōu)點
[0108] 相比于現(xiàn)有技術，本實用新型具有以下主要優(yōu)點：
[0109] 1.現(xiàn)有技術中的生物反應器依賴于外部自然光，在陰雨天等光強較弱的天氣情況 下，微藻無法獲得充足的光源而減緩生長，而本實用新型的內(nèi)置光源生物反應器不受天氣 變化的影響；
[0110] 2.現(xiàn)有技術不適合大池養(yǎng)殖，因為只有接近水池上表面的微藻才能獲得較充足的 光源，而本實用新型的生物反應器中內(nèi)置多個均勻分布的發(fā)光裝置，且本實用新型的生物 反應器中的氣體分布器和營養(yǎng)布料裝置都有利于反應容器內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的均勻分布，使得能 夠?qū)崿F(xiàn)大池養(yǎng)殖、立體養(yǎng)殖，提高養(yǎng)殖效率；
[0111] 3.本實用新型的生物反應器可根據(jù)微藻的不同生長階段采用不同的內(nèi)置光源及 營養(yǎng)、溫度、PH等條件，使得微藻繁殖分階段進行，可控性較強，有利于實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)的工廠 化生產(chǎn)；
[0112] 4.本實用新型的生物反應器的串聯(lián)和/或并聯(lián)系統(tǒng)使得微藻的大規(guī)模養(yǎng)殖變得 更加高效。
[0113] 下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說明本 實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通 常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)是重量 百分比和重量份數(shù)。
[0114] 在實施例1-3中，采用如圖1所示的本實用新型的內(nèi)置光源生物反應器。
[0115] 實施例1
[0116] 選取常規(guī)的微綠球藻（Nannochloropsis limnetica)淡水種，初始養(yǎng)殖密度為 0. lg/L，反應器液面深度為80cm(截面積為lmX 1. 5m)。第一階段采用波長706nm的紅光 LED為光源，溫度恒定為24°C，培養(yǎng)液中預先添加微量磷酸銨及鋅、鐵等微量元素肥，并且 分別通入一定量的C02 (約90% )及作為氮源的N0或N02等氮氧化物一小時后放入按初始 養(yǎng)殖密度放入藻種，開始養(yǎng)殖。36小時以后測得生物量密度增加為6. 86g/L(干重/溶液， 下同），72小時后測得生物量密度9. 71g/L，將反應器內(nèi)微藻移至另一反應器（液面深度為 80cm，截面積為2m X 3m)中，停止氮氧化物供應，保持C02供應，使用波長為450nm的藍光LED 為光源，溫度恒定為28°C，移至另一反應器24小時后，取水樣檢測，氮源基本耗盡，生物量 密度為10. 64g/L，移至另一反應器72小時后，生物量密度增加為12. 88g/L，養(yǎng)殖結(jié)束，共計 144個小時。
[0117] 肉眼觀察反應器內(nèi)微藻分布均勻。過濾后得到微藻，檢測后總脂含量（干重）為 45. 08%，三?；视椭舅狨ィǜ视腿ィ┱伎傊?9.6%，總有效含脂率40.39%， 總有效含脂量密度5. 20g/L。
[0118] 實施例2
[0119] 選取微綠球藻（Nannochloropsis limnetica)淡水種，初始養(yǎng)殖密度為0. lg/L, 反應器液面深度為80cm(截面積為lmX 1. 5m)。第一階段采用波長450nm的藍光LED為光 源，溫度恒定為24°C，培養(yǎng)液中預先添加微量磷酸銨及鋅、鐵等微量元素肥，并且分別通入 一定量的C02 (約90% )及作為氮源的N0或N02等氮氧化物一小時后放入按初始養(yǎng)殖密度 放入藻種，開始養(yǎng)殖。36小時以后測得生物量密度增加為5. 66g/L，72小時后測得生物量密 度8. 03g/L，將反應器內(nèi)微藻移至另一反應器（液面深度為80cm，截面積為2mX 3m)中，停 止氮氧化物供應，保持C02供應，使用波長706nm的紅光LED為光源，溫度恒定為30°C，移至 另一反應器24小時后，取水樣檢測，氮源基本耗盡，生物量密度為9. 21g/L，移至另一反應 器72小時后，生物量密度增加為10. 52g/L，養(yǎng)殖結(jié)束，共計144個小時。
[0120] 肉眼觀察反應器內(nèi)微藻分布均勻。過濾后得到微藻，檢測后總脂含量（干重）為 43. 98%，三?；视椭舅狨ィǜ视腿ィ┱伎傊?7. 7%，總有效含脂率34. 17%，總 有效含脂量密度3. 59g/L。
[0121] 實施例3
[0122] 選取微綠球藻（Nannochloropsis limnetica)淡水種，初始養(yǎng)殖密度為0. lg/L, 反應器液面深度為80cm (截面積為2mX 3m)中。第一階段采用波長706nm的紅光LED為光 源，溫度恒定為24°C，培養(yǎng)液中預先添加微量磷酸銨及鋅、鐵等微量元素肥，并且分別通入 一定量的C02 (約90% )及作為氮源的N0或N02等氮氧化物一小時后放入按初始養(yǎng)殖密度 放入藻種，開始養(yǎng)殖。按一定時間取樣，測定生物量密度。144個小時后養(yǎng)殖結(jié)束。
[0123] 結(jié)果：36小時后測得生物量密度增加為6. 86g/L，72小時后測得生物量密度為 9. 91g/L，108小時后測得生物量密度為12. 22g/L，144個小時后養(yǎng)殖結(jié)束后測得最終生物 量密度為14. 34g/L。肉眼觀察反應器內(nèi)微藻分布均勻。過濾后得到微藻，檢測后總脂含量 (干重）為24. 52%，三?；视椭舅狨ィǜ视腿ィ┱伎傊?1.6%，總有效含脂率 20. 01 %，總有效含脂量密度2. 45g/L。
[0124] 對比例1
[0125] 選取微綠球藻（Nannochloropsis limnetica)淡水種，初始養(yǎng)殖密度為0. lg/L, 反應器液面深度為80cm(截面積為2mX3m)中。采用自然光為光源，實驗室養(yǎng)殖，培養(yǎng)液中 預先添加微量磷酸銨及鋅、鐵等微量元素肥，并且分別通入一定量的C02 (約90% )及作為 氮源的N0或N02等氮氧化物，144個小時后養(yǎng)殖結(jié)束。除非特別說明，其它培養(yǎng)條件同實施 例1。
[0126] 結(jié)果：肉眼觀測液面表面微藻密度明顯更大，并形成聚集層，測得最終平均生物量 密度僅為3. 01g/L，總有效含脂率19. 99%，總有效含脂量密度僅為0. 60g/L。
[0127] 對比例2
[0128] 選取微綠球藻（Nannochloropsis limnetica)淡水種，初始養(yǎng)殖密度為0? lg/L, 反應器液面深度為80cm(截面積為2mX3m)。采用自然光為光源，實驗室養(yǎng)殖，培養(yǎng)液中預 先添加微量磷酸銨及鋅、鐵等微量元素肥，并且分別通入一定量的空氣及作為氮源的N0或 N02等氮氧化物，144個小時后養(yǎng)殖結(jié)束。除非特別說明，其它培養(yǎng)條件同實施例1。
[0129] 結(jié)果：肉眼觀測液面表面微藻密度明顯更大，并形成聚集層，測得最終平均生物量 密度僅為1. 29g/L，總有效含脂率28. 32 %，總有效含脂量密度僅為0. 37g/L。
[0130] 更清楚地，上述實施例與對比例的部分實驗結(jié)果對比如表1所示：
[0131] 表 1
[0132]

【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)置光源生物反應器，其特征在于，所述內(nèi)置光源生物反應器包括： 反應容器，所述反應容器上設有蓋板且所述反應容器容納供微藻生長的培養(yǎng)液； 進出料裝置，所述進出料裝置與所述反應容器密封連接； 發(fā)光裝置，所述發(fā)光裝置設在反應容器內(nèi)部且當所述反應器工作時，所述發(fā)光裝置至 少部分或全部浸沒于所述的培養(yǎng)液，從而在反應容器內(nèi)提供微藻生長所需的光，其中所述 發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光強在反應容器的深度方向（Z軸方向）是均勻的或大致均勻的；和 氣體分布器，所述氣體分布器用于向所述反應容器內(nèi)提供微藻生長所需的氣體。
2. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光源生物反應器，其特征在于，所述反應容器的周圍設有 溫控裝置，所述溫控裝置用于維持反應容器內(nèi)的液體環(huán)境溫度處于適合微藻生長的范圍 內(nèi)；和/或 所述反應器還設有營養(yǎng)布料裝置，所述營養(yǎng)布料裝置用于向所述反應容器內(nèi)提供微藻 生長所需的營養(yǎng)。
3. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光源生物反應器，其特征在于，內(nèi)置光源生物反應器還設 有監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測所述液體環(huán)境的參數(shù)，所述參數(shù)選自：PH值、溫度和/或養(yǎng)料濃度。
4. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光源生物反應器，其特征在于，所述發(fā)光裝置包括導光板 和發(fā)光單元，所述發(fā)光單元產(chǎn)生的光透過導光板傳導使導光板整體發(fā)光。
5. 如權(quán)利要求4所述的內(nèi)置光源生物反應器，其特征在于，所述發(fā)光裝置還包括支架， 所述支架用于固定支撐所述導光板，所述支架與所述反應容器和/或所述蓋板可拆卸地連 接，所述發(fā)光單元嵌于所述導光板。
6. 如權(quán)利要求5所述的內(nèi)置光源生物反應器，其特征在于，所述發(fā)光裝置工作時發(fā)射 至少2個不同波長的光。
7. 如權(quán)利要求5所述的內(nèi)置光源生物反應器，其特征在于，所述發(fā)光單元發(fā)出的復合 光的色溫為1000-20000K，較佳地1500-6000K。
8. 如權(quán)利要求5所述的內(nèi)置光源生物反應器，其特征在于，所述發(fā)光裝置中，發(fā)光單元 為LED，且LED的數(shù)量為1-10000/導光板；較佳地為10-1000/導光板。
9. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光源生物反應器，其特征在于，所述氣體分布器為旋轉(zhuǎn)式 氣體分布器，在向反應容器中通入氣體的過程中，所述旋轉(zhuǎn)式氣體分布器旋轉(zhuǎn)，從而促使氣 體與營養(yǎng)物質(zhì)分散于液態(tài)培養(yǎng)體系中。
10. -種生產(chǎn)養(yǎng)殖設備，其特征在于，所述生產(chǎn)養(yǎng)殖設備包括二個或多個權(quán)利要求1所 述的內(nèi)置光源生物反應器。
【文檔編號】C12R1/89GK204097489SQ201420360069
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】張玟籍, 陳輝 申請人:上海希宏生物科技有限公司